Pentru început, numele de familie Stirling este destul de comun atât în Anglia, cât și în Scoția. Adică, dacă există Castelul Stirling, atunci de ce nu „Domnul Stirling”? Și tocmai o astfel de persoană - preotul scoțian Robert Stirling, la 27 septembrie 1816, a primit un brevet britanic pentru un motor care nu avea nicio legătură cu un motor cu aburi! Mai mult, motorul numit după el s-a dovedit a fi unic, deoarece putea funcționa din orice sursă de căldură!
Robert Stirling.
În 1843, fiul său James Stirling a folosit motorul tatălui său într-o fabrică unde lucra ca inginer. Ei bine, deja în 1938, au fost create tururi cu o capacitate de până la 200 CP. și o eficiență de 30%.
Principiul de funcționare al acestui motor este alternarea încălzirii și răcirii fluidului de lucru într-un cilindru complet închis. De obicei, mediul de lucru este aerul, dar pot fi utilizați hidrogen și heliu, precum și freoni, dioxid de azot, propan-butan lichefiat și chiar apă. Mai mult, rămâne lichid pe tot parcursul ciclului termodinamic. Adică, designul motorului este extrem de simplu și folosește proprietatea binecunoscută a gazelor: volumul lor crește de la încălzire, iar de la răcire, acesta scade.
Una dintre multele sterline de casă.
Motorul Stirling folosește … „ciclul Stirling”, care, în ceea ce privește eficiența termodinamică, nu numai că nu este mai rău decât ciclul Carnot, dar are chiar și câteva avantaje. În orice caz, „ciclul Stirling” vă permite să obțineți un motor de lucru fabricat dintr-o cutie de conserve obișnuită în doar câteva ore.
Dispozitiv Beta Stirling.
„Ciclul Stirling” în sine include patru faze principale și două de tranziție: încălzire, expansiune, tranziție la o sursă rece, răcire, compresie și tranziție la o sursă de căldură. Ei bine, obținem lucrări utile în procesul de extindere a volumului de gaz încălzit.
Faza 1.
Faza 2.
Faza 3.
Faza 4.
Ciclul de lucru al motorului Stirling de tip beta: a - piston cu deplasare; b - piston de lucru; c - volant; d - foc (zonă de încălzire); e - aripioare de răcire (zona de răcire).
Funcționează astfel: există doi cilindri și doi pistoane. O sursă externă de căldură - și pot chiar arde lemne, chiar și un arzător de gaz, chiar și lumina soarelui - crește temperatura gazului din partea inferioară a cilindrului de schimb de căldură. Presiunea crește și împinge pistonul de lucru în sus, iar pistonul de deplasare nu se potrivește strâns de pereții cilindrului. Mai departe, volanta, derulând, o împinge în jos.
Schema Stirling dintr-o cutie de conserve.
În acest caz, aerul fierbinte de la baza cilindrului intră în camera de răcire. Cu toate acestea, în camera de lucru se răcește și se contractă, iar apoi pistonul de lucru se repede în jos. Pistonul cu deplasare se deplasează în sus și astfel aerul răcit se deplasează în partea de jos. Ciclul se repetă astfel. În Stirling, mișcarea pistonului de lucru este deplasată cu 90 ° față de pistonul cu deplasare.
Fotografia unui stirling dintr-o cutie de conserve.
De-a lungul timpului, au apărut multe modele diferite de „styling”, numite după literele alfabetului grecesc: alfa, beta, gamma, care au diferențe în ciclul de funcționare. Diferențele fundamentale dintre ele sunt mici și se reduc la dispunerea cilindrilor și la dimensiunea pistonilor.
Motor Stirling cu alternator liniar.
Alpha Stirling are două pistoane de putere separate în cilindri diferiți: cald și rece. Cilindrul cu pistonul fierbinte este situat în schimbătorul de căldură, care are o temperatură mai mare, iar cilindrul cu pistonul rece, respectiv, în cel mai rece. Regeneratorul (adică schimbătorul de căldură) este situat între partea fierbinte și partea rece.
Beta Stirling are un singur cilindru, fierbinte la un capăt și rece la celălalt. Pistonul se deplasează în interiorul cilindrului (din care este eliminată puterea) și al deplasatorului, care schimbă volumul zonei sale fierbinți. Gazul este pompat la capătul fierbinte al cilindrului de la capătul rece al cilindrului printr-un regenerator.
Gamma Stirling are, de asemenea, un piston și un deplasator, și doi cilindri - la rece (unde pistonul se mișcă din care se elimină puterea) și fierbinte (unde se deplasează respectivul deplasator). Regeneratorul este extern, în acest caz conectează partea fierbinte a celui de-al doilea cilindru cu cel rece și simultan cu primul cilindru (rece). În acest caz, regeneratorul intern face parte din deplasator.
Există varietăți ale motorului Stirling care nu se încadrează în aceste trei tipuri clasice: de exemplu, motorul rotativ Stirling, în care problemele de scurgere sunt rezolvate și nu există un mecanism cu manivelă, deoarece acesta este rotativ.
Ce este bun la stirlings și de ce sunt rele? În primul rând, sunt omnivori și pot utiliza orice diferență de temperatură, inclusiv cea dintre diferitele straturi de apă din ocean. Arderea în ele este de natură constantă, ceea ce asigură o ardere eficientă a combustibilului, ceea ce înseamnă că respectarea mediului este mai mare. Mai mult, nu are evacuare. Nivel de zgomot mai mic - fără „explozii” în cilindri. Mai puține vibrații, de exemplu, cu un beta stirling. Fluidul de lucru nu este consumat prin coafare. Proiectarea motorului este extrem de simplă, nu necesită mecanisme de distribuție a gazului. Nu este nevoie de un starter, la fel cum nu este necesară o cutie de viteze.
Simplitatea și absența unui număr de noduri „delicate” oferă „stirling” o performanță fără precedent pentru toate celelalte motoare în zeci și sute de mii de ore de funcționare continuă.
Submarinul suedez „Gotland”.
Stirlings este foarte economic. Astfel, conversia energiei solare în energie electrică prin stirling oferă o eficiență mai mare (până la 31, 25%) decât motoarele termice care funcționează pe abur. Pentru aceasta, „coafarea” este setată în centrul oglinzii parabolice, care „urmărește” soarele, astfel încât cilindrul său este încălzit constant. Pe o astfel de instalație din California, rezultatul de mai sus a fost obținut în 2008, iar acum există o construcție a unei stații solare mari pe stirlings. Le puteți atașa la cochilia furnalelor și apoi topirea continuă a fontei ne va da multă … energie ieftină, pentru că acum această căldură este irosită!
Există, în general, un singur dezavantaj în stil. Poate fi supraîncălzit și apoi va eșua imediat. În plus, pentru a obține o eficiență ridicată, gazul trebuie să fie sub presiune foarte mare în cilindru. Hidrogen sau heliu. Și aceasta este o precizie excepțională de montare a tuturor unităților sale de lucru și o grăsime specială la temperaturi ridicate. Ei bine, dimensiunile … camera de ardere nu este necesară. Stirling nu poate trăi fără ea! Și acesta este un volum suplimentar și un sistem de izolare și răcire!
Soryu este un submarin japonez alimentat de motoare Stirling.
Cu toate acestea, este probabil ca schimbarea priorităților să deschidă drumul pentru motoarele Stirling. Dacă punem ecologismul în prim plan, atunci va fi posibil să ne luăm la revedere de la motorul cu ardere internă odată pentru totdeauna. În plus, mari speranțe sunt puse pe ele pentru crearea de centrale solare promițătoare. Ele sunt deja utilizate ca generatoare autonome pentru turiști. Și unele întreprinderi au stabilit producția de lire sterline, care funcționează dintr-un arzător convențional pentru cuptor cu gaz. NASA are în vedere, de asemenea, opțiuni pentru generatoarele de energie bazate pe Stirling alimentate cu surse de căldură nucleare și radioizotopice. În special, este planificată utilizarea unui astfel de stil, împreună cu un generator electric, în expediția spațială către Titan planificată de NASA.
„I aștern” - aspectul.
Este interesant faptul că, dacă porniți motorul Stirling în modul invers, adică rotiți volantul de la un alt motor, atunci acesta va funcționa ca o mașină frigorifică (ciclu Stirling invers) și aceste mașini s-au dovedit a fi foarte eficiente pentru producerea gazelor lichefiate.
Ei bine, acum, deoarece avem un sit militar, observăm că Stirlings a fost testat pe submarine suedeze în anii 60 ai secolului trecut. Și apoi, în 1988, Stirlings a devenit principalul motor al submarinului de clasă Nakken. Cu ei, ea naviga sub apă mai mult de 10.000 de ore. „Nakken” a fost urmat de submarinele de serie de tip „Gotland”, care au devenit primele submarine echipate cu motoare Stirling, care le permite să rămână sub apă până la 20 de zile. Astăzi, toate submarinele marinei suedeze au motoare rotative, iar constructorii navali suedezi au elaborat tehnologia originală de instalare a acestor motoare pe submarinele convenționale, prin tăierea în ele a unui compartiment suplimentar cu un nou sistem de propulsie. Funcționează cu oxigen lichid, care este apoi folosit în barcă pentru respirație și se observă că au un nivel de zgomot foarte scăzut. Ei bine, neajunsurile menționate mai sus (dimensiunea și problema răcirii) pe o navă de război submarină nu sunt semnificative. Exemplul suedezilor li s-a părut japonezilor demni de atenție, iar acum Stirling-urile se află și pe submarinele japoneze din clasa „Soryu”. Aceste motoare sunt considerate astăzi drept cele mai promițătoare motoare unice în toate modurile pentru submarinele de generația a 5-a.
Și așa arată stilul unui student al Universității de Stat Penza Nikolai Shevelev.
Ei bine, acum destul de puțin despre ce fel de … „tineret rău” avem. Pe 1 septembrie vin la studenți - viitori ingineri de motoare, le pun întrebări tradiționale, ce citesc (practic nimic!), Ce le place (cu aceasta situația nu este mult mai bună, dar mai ales picioarele sunt ocupate, nu șeful!), Ce reviste tehnice sunt cunoscute - „Tânăr tehnician”, „Model designer”, „Știință și tehnologie”, „Mecanică populară” … (niciunul!), iar apoi un student îmi spune că este pasionat de motoare. Unul din 20, dar asta este deja ceva! Și apoi îmi spune că a făcut singur motorul Stirling. Știu cum să fac un astfel de motor dintr-o cutie de conserve obișnuită, dar apoi s-a dovedit că a făcut ceva mult mai eficient. Eu zic: "Adu-l!" - și a adus. "Descrieți cum ați făcut-o!" - și a descris și mi-a plăcut atât de mult „eseul” său, încât îl prezint aici fără modificări sau abrevieri.
Începutul muncii este „haosul creativ”.
„Mi-a plăcut întotdeauna tehnologia, dar mai ales motoarele. Sunt angajat în întreținere, reparații și personalizare cu mare interes. După ce am aflat despre motorul Stirling, am fost fascinat de el ca niciun alt motor. Lumea stilului este atât de diversă și de mare, încât este pur și simplu imposibil să se descrie toate opțiunile posibile pentru execuția sa. Niciun alt motor nu va oferi o astfel de varietate în ceea ce privește designul și, cel mai important, capacitatea de a-l face singur.
Am avut idei să fac un model de motor dintr-o cutie de conserve și alte mijloace improvizate, dar nu era în regulile mele să fac „oricum și din ce a primit”. Prin urmare, am decis să iau această sarcină în serios, pentru a începe cu pregătirea teoretică. Am studiat literatura de pe internet, dar căutarea nu a adus rezultatul dorit: revedeți articole și videoclipuri, lipsa de desene pentru modelele acestui motor. Modelele finite au fost vândute la un preț prea mare. În plus, o mare dorință de a face totul singur, de a înțelege principiul funcționării, de a depana și de a efectua teste, de a obține lucrări utile de la acest motor și chiar de a încerca să-și găsească utilizarea în economie.
"Întoarcerea de afaceri!" (Un student deștept, el a filmat întregul proces de lucru ca un suvenir. Prezente, cetățene, dovezi fotografice documentare … și iată-le!)
Am întrebat pe forumuri și mi-au împărtășit literatura. A fost cartea „Stirling Engines” (Autori: G. Ryder și C. Hooper). A reflectat întreaga istorie a acestui tip de construcție de motoare, de ce sa oprit dezvoltarea rapidă și unde sunt încă utilizate aceste motoare. Din carte, am învățat mai detaliat toate procesele care au loc în motor, am găsit răspunsurile la întrebările de interes. A fost interesant de citit, dar am vrut să exersez. Desigur, nu au existat desene ale modelelor de garaj, precum și pe Internet, bineînțeles, cu excepția unui model dintr-o cutie și din spumă de cauciuc.
Spre marea mea fericire, persoana care a vândut modelele de styling a postat un curs despre realizarea unor astfel de modele, l-a pus în acel moment cu 20 de dolari, i-am scris și am plătit cursul. După ce am vizionat toate videoclipurile, în care a explicat un anumit tip de stil, am decis să fac exact stilul de temperatură înaltă de tip gamma. De când m-a interesat de designul, caracteristicile și aspectul său. Din cursul video, am aflat raportul aproximativ al diametrului cilindrului, diametrele pistonului, ce distanțe, rugozitate ar trebui să fie, ce materiale să folosesc în fabricare, unele dintre nuanțele de construcție. Dar nicăieri nu erau disponibile dimensiunile motoarelor autorului, doar aproximativ raportul dintre dimensiunile nodurilor.
Eu însumi locuiesc într-un sat, s-ar putea spune în suburbii, mama mea este contabil, iar tatăl meu este tâmplar, așa că a fost cumva nepotrivit să apelez la ei pentru sfaturi despre construirea unui motor. Și m-am adresat vecinului meu, Gennady Valentinovich, pentru ajutor, el a lucrat la uzina KZTM acum prăbușită din Kuznetsk.
În general, a doua zi, Gennady Valentinovich mi-a adus un semifabricat de aluminiu de aproximativ 1 m lungime și aproximativ 50 mm în diametru. Am fost foarte fericit, am tăiat golurile de care aveam nevoie și a doua zi am mers la școală pentru a încerca să ascutesc încălzitorul și frigiderul pentru motorul meu cu ardere internă. M-am ascuțit pe un strung de antrenament (la care a lucrat bunicul Lenin).
Desigur, nu exista o acuratețe acolo, partea exterioară a încălzitorului s-a dovedit a fi destul de bună, dar partea cilindrică însăși sub piston era pe un con. Trudovik mi-a explicat că tăietorul plictisitor se îndoaie, deoarece mașina pentru astfel de lucruri este destul de mică și slabă. A apărut întrebarea ce să facem în continuare … A fost norocos că mama mea la acea vreme lucra ca contabil la o întreprindere privată, care era o fostă fabrică de reparații auto. Valery Aleksandrovich (directorul acestei plante) s-a dovedit a fi o persoană minunată și m-a ajutat foarte mult, am primit deja un aparat sovietic profesionist și un strungar care m-a ajutat. Lucrurile au mers mai distractiv și, literalmente, o săptămână mai târziu, aproape totul era gata, a început asamblarea motorului. Au existat momente interesante în construcție, de exemplu: arborele, pe care a fost presat volantul, a fost dat atelierului de mecanică de precizie de la o altă fabrică (pentru a obține precizia necesară pentru rulmenți); frigiderul a fost ascuțit pe un strung, iar locurile pentru elementele de fixare au fost făcute cu o mașină de frezat, volanta a fost măcinată pe un polizor. A fost foarte interesant și interesant pentru mine. Muncitorii din fabrică credeau că sunt student și scriu un fel de lucrare științifică. Am stat la fabrică până seara târziu și m-au adus acasă în mașina oficială a lui Valery Alexandrovici. Motorul a fost pornit într-un cerc larg de muncitori ai fabricii, toată lumea era foarte interesată. Lansarea a avut succes, dar motorul funcționa prost.
Rezultatul încununează afacerea! Colțul standului a fost ars în timpul testării.
Au fost relevate deficiențe, balamalele din plastic au fost înlocuite cu cele fluoroplastice, volanta a fost ușurată și echilibrată, pistonul a primit un accesoriu fluoroplastic pentru un transfer de căldură mai mic, iar frigiderul a devenit cu o zonă de răcire mai mare. După reglarea fină, motorul și-a îmbunătățit semnificativ performanțele tehnice.
Eu însumi am fost încântat. Când prietenii vin la mine acasă, primul lucru pe care îl fac este să vină la el, rugându-l să înceapă. Gennady Valentinovich a condus pentru a arăta stilul lucrării sale, toată lumea era foarte interesată, nici măcar nu trebuia să sune pe cineva, toată lumea se apropia, se uita și se interesa."
Numele tânărului este Nikolai Shevelev și el este șeful grupului. L-am dus la decan și am avut o discuție foarte bună. Și apoi mi-am amintit statisticile că doar 2% din populația lumii este suficientă pentru a avansa omenirea pe calea progresului științific și tehnologic. Am numărat numărul total de studenți și am realizat că … nu este nevoie să vă faceți griji prea mult. Cu oameni precum Nikolai, progresul va fi în continuare garantat pentru noi!
